FI74724B - Foerfarande foer stabilisering av lerjord med hydroxialuminium och cellulosapolymerer. - Google Patents

Description

74724

Menetelmä savimaan stabiloimiseksi alumiinihydroksidilla ja selluloosapolymeereillä

Monia savikerrostumia on usein stabiloitava ennen 5 kuin ne voivat kantaa mitään lisäkuormaa, esimerkiksi rakennustoimintojen yhteydessä. Tämä pätee erityisesti niin-kutsuttujen pikasavien ollessa kyseessä. Niitä tavataan usein esimerkiksi pohjoisessa Neuvostoliitossa, Skandinaviassa, Kanadassa, New York'in osavaltion pohjoisosissa 10 ja Uudessa Seelannissa. Savet kerrostuivat alunperin meri- ja järviveteen lyhyessä ajassa ensimmäisen jääkauden jälkeen ja nousivat myöhemmin mantereen (isostaattisen) kohoamisen aikana merenpinnan yläpuolelle. Kuitenkin vain jotkut näistä savikerrostumista muuttuivat myöhemmin 15 herkiksi pikasaviksi. Tällaiseen muutokseen ovat pääasiassa syynä seuraavat kaksi prosessia: imeytyvä pohjavesi on saattanut uuttaa saven alkuperäisen huokosveden suolapitoisuuden, tai soista tai rämeistä peräisin olevaa orgaanista ainetta, joka toimii dispergoivana aineena, on 20 saattanut joutua saveen. Ensimmäinen prosessi on ollut tärkein Norjassa tavattavissa savissa, kun taas toisella prosessilla muodostuneita pikasavia, joissa on suuri orgaanisen aineen pitoisuus, tavataan usein Ruotsissa ja Kanadassa.

25 Pikasavilla on häiriintymättömässä tilassa tietty rajoitettu lujuus, mutta uudelleen muokattaessa ne muuttuvat juokseviksi. Tämä ilmiö on aiheuttanut useita pikasavien liukumisia Itä- ja Keski-Norjassa, usein katastrofaalisin seurauksin.

30 Aikaisemmin on kokeiltu useita kemiallisia stabi- lointisuunnitelmia tällaisiin saviin. Niitä olivat alumii-nikloridi (AlCl^) ja kaliumkloridi (KC1). Pikasavia on stabiloitu kahdella eri tavalla: savi voidaan sekoittaa ja muovata uudelleen ko. kemikaalien kanssa, tai kemikaa-35 lien voidaan antaa diffundoitua häiriintymättömään pika-saveen. Suoladiffuusiomenetelmän haittana on se pitkä aika, jonka se vaatii saavuttaakseen vaaditun tunkeutumisen.

74724

Diffuusiomenetelmää on tiettävästi käytetty vain kerran täydessä mittakaavassa kentällä, kun kaliumkloridia sisältäviä kaivoja asennettiin 2 vuotta ennen suurta moot-tor itierakennusta .

5 Tätä ennen oli kehitetty syvästabiloimismenetelmä käyttäen sammuttamatonta kalkkia (CaO). Kalkki on vanha stabilointiaine, jota on käytetty satunnaisesti. Kiinassa sitä käytettiin vuosisatoja sitten rakennusmateriaalina. 1940-luvulla Yhdysvalloissa ja 1950-luvulla Euroopassa 10 kalkkia käytettiin pintastabilointiaineena. Syvästabiloin-timenetelmässä kalkki sekoitetaan ja muovataan saven kanssa, jolloin muodostuu sarja pinoja, jotka ulottuvat alas saveen. Nämä pinot aikaansaavat sivuttaista stabilointia savikerrostumaan.

15 Sekä kalkki- että kaliumkloridimenetelmillä on eräitä haittoja. Kaliumkloridi stabiloi häiriintymättö-män ympäröivän saven, mutta ei häirittyä savea. Lisäksi sammuttamaton kalkki aiheuttaa epähomogeenisen stabiloinnin. Kalkkitaskut saavat aikaan hauraita sylinterejä, 20 joilla on pieni sivusuuntainen leikkauslujuus. Lisäksi sammuttamaton kalkki ei ole käyttökelpoinen savilla, joilla on suuri vesipitoisuus.

Vaikka alumiinihydroksidia muodossa Ai (OH) 2 ^Cl^ 5 ei ole käytetty saven stabilointiaineena pöhjanrakennus-25 tekniikassa aikaisemmin, sitä on käytetty lujitusaineena valmistettaessa haluttuja saven mikrorakenteita laboratoriotutkimuksia varten. Alumiinihydroksidiliuosta, joka sisältää kaliumkloridia, on myös käytetty kaivoissa vedelle herkkien savea sisältävien muodostelmien käsittelyyn ja 30 hiekan stabiloinnin aikaansaamiseen. Alalla käytetään usein suhteellisen laimeita liuoksia ja ylivirtauksia. Näitä menetelmiä on kuvattu US-patenttijulkaisuissa 3 603 399, julkaistu 7.9.1971 ja 3 827 495, julkaistu 6.8.1974.

35 Näissä asiaan liittyvissä julkaisuissa savimaa sta biloidaan sekoittamalla saveen tehokas määrä alumiinihydroksidia ja joissakin tapauksissa lisäkemikaaleja, kuten kaliumkloridia. Vaikka kaliumkloridi on etusijalla, muita 3 74724 kaliumkloridin tilalla käyttökelpoisia kemikaaleja ovat kaliumnitraatti, kaliumsulfaatti, ammoniumkloridi, airnno-niumnitraatti ja ammoniumsulfaatti. Sekoitus on edullista suorittaa siten, että stabiloitu savi muodostaa sarjan 5 pinoja, jotka ulottuvat savikerrostuman sisään toisistaan erillään olevissa kohdissa stabiloiden koko savea sisältävän kerrostuman. Pinojen haluttu koko, sijainti ja lukumäärä määritetään. Tehokas määrä alumiinihydroksidia sekoitetaan paikalla saveen jokaisessa kerrostuman kohdassa, 10 jolloin se reagoi saven kanssa ja muodostaa täten halutut pinot.

FI-patenttihakemuksessa 822412 on kuvattu savimaan stabilointimenetelmä, jossa savimaahan sekoitetaan tehokas määrä alumiinihydroksidia ja jolloin alumiinihydroksidiin 15 on edullisesti lisätty kaliumkloridia, kaliumnitraattia, kaliumsulfaattia, ammoniumkloridia, ammoniumnitraattia tai ammoniumsulfaattia.

Referaatissa Chemical Abstracts, voi. 90 (1979), 60077 ja referaatissa Patent Abstracts of Japan, tiivistel-20 mä julkaisusta JP 53-109883, julkaistu 26.9.1978, on kuvattu menetelmä savilietteen kovettamiseksi. Tämän menetelmän mukaisesti käytetään koostumusta, joka sisältää vesiliukoista, karboksyyliryhmiä sisältävää polymeeriä, esim. karboksimetyyliselluloosaa, sekä alumiinihydroksidin tilal-25 la alemman rasvahapon emäksistä alumiiniyhdistettä, esim.

emäksistä alumiiniformaattia, ja mahdollisesti lisäksi happoa tai alkalia.

On havaittu, että selluloosapolymeerin lisäys alumiinihydroksidiin voi parantaa edellä kuvattua menetelmää. 30 Keksinnön kohteena on menetelmä savimaan stabiloi- miseksi, jolla on suuri vesipitoisuus, sekoittamalla savimaahan tehokas määrä kuivaa alumiinihydroksidia AI (OH) nX.j_n, jossa luvulla n on arvo vähintään 2,0, edullisesti 2,5 - 2,7, ja X on anioni, joka on valittu ryhmäs-35 tä kloridi, bromidi, jodidi, nitraatti, sulfaatti ja ase-taatti.

4 74724

Menetelmälle on tunnusomaista, että alumiinihydroksidiin lisätään tehokas määrä selluloosapolymeeriä veden deaktivoimiseksi, jolloin vesi ei pysty tekemään savimaata juoksevaksi.

5 Selluloosapolymeeri voi olla ioniton tai ioneja sisältävä. Hydroksimetyyliselluloosa ja hydroksietyyli-selluloosa ovat erityisen käyttökelpoisia tämän keksinnön mukaisesti. Karboksimetyyliselluloosa on edullinen polymeeri käytettäväksi alumiinihydroksidin kanssa pika-10 saven, jolla on suuri vesipitoisuus, stabiloimiseen.

Tämän keksinnön erikoistarkoituksena on aikaansaada menetelmä pikasavea sisältävien maakerrostumien stabi- loimiseksi, joilla on suuri vesipitoisuus, sekoittamalla pikasaveen edellä kuvattua alumiinihydroksidin ja sellu-15 loosapolymeerin seosta.

Keksinnön muut tarkoitukset ja edut käyvät ilmi seuraavasta yksityiskohtaisesta kuvauksesta, liitteenä olevat piirrokset huomioiden.

Kuviossa 1 on esitetty yksityiskohtaisesti keksin-20 nön mukaisen menetelmän toteutuksessa käytettyjen eri sa vien koostumukset.

Kuviot 2-5 ovat piirroksia, joissa on esitetty graafisesti keksinnön mukaisen menetelmän toteutuksissa saadut tulokset.

25 Edullisessa suoritusmuodossa useita pinomaisia kerrostumia muodostetaan paikan päällä savimaakerrostu-maan sekoittamalla märkään saveen kuivaseos, joka sisältää vähintään 5 paino-% alumiinihydroksidia ja 1 paino-% karboksimetyyliselluloosaa saven huokosvedestä. Parhaat 30 tulokset saadaan, kun kuivaseoksen kemikaalit sisältävät 5-70 paino-% kuivaa alumiinihydroksidia ja 1 - 20 paino-% karboksimetyyliselluloosaa saven huokosvedestä. Eri savilla alumiinihydroksidin ja polymeerin optimiväkevyys voi luonnollisesti vaihdella. Optimiväkevyys annetulle 35 savelle voidaan määrittää tässä kuvatuilla yksinkertai silla laboratoriokokeilla.

5 74724 Tämän keksinnön mukaisesti käyttökelpoisessa alumiinihydroksidissa hydroksyyliryhmien ja alumiinin välinen suhde on vähintään 2,0. Alhaisessa paineessa hydroksyyliryhmien ja alumiinin väliset suhteet jotka ovat al-5 le 2,2, pyrkivät aiheuttamaan happamuutta, jolloin savi maan sisältämät karbonaatit muuttuvat hiilidioksidiksi, joka aiheuttaa ei-toivottavaa kuplien muodostumista. Tämän vuoksi karbonaattia sisältävässä maaperässä on edullista käyttää alumiinihydroksidia, jossa hydroksyyliryh-10 mien ja alumiinin suhde on 2,5.

Näin ollen keksinnön mukaisesti käyttökelpoisella alumiinihydroksidilla on yleinen kaava Al(0H)nX3_n, jossa luvulla n on arvo vähintään 2,0 ja edullisesti 2,5 -2,7, ja X on anioni, joka on valittu ryhmästä, johon kuu-15 luvat kloridi, bromidi, jodidi, nitraatti, sulfaatti ja asetaatti. Esimerkiksi kuivaa alumiinihydroksidikloridia, jolla on kaava AI (OH) 3 5C-*o 5' on käytetty menestyksellisesti tämän keksinnön laboratoriodemonstraatioissa. Alumiinihydroksidi on kaupallisesti saatavissa oleva kemi-20 kaali, ja sitä on saatavissa esimerkiksi yhtiöltä Reheis Chemical Company, Berkeley Heights, New Jersey, U.S.A, tai Hoechst Aktiengesellschaft, Frankfurt am Main, Länsi-Saksa .

"Kuiva" alumiinihydroksidi tarkoittaa kuivaa kemi-25 kaalia, johon ei ole lisätty vapaata vettä. Kuivassa alumiinihydroksidissa on luonnollisesti olennainen määrä kemiallisesti sitoutunutta vettä. Esimerkiksi eräs Reheis-yhtiön tuote sisältää n. 20,5 paino-% kemiallisesti sitoutunutta vettä.

30 Kuvio 1 on taulukko, joka kuvaa viittä pikasavea, joita käytettiin keksinnön mukaisen menetelmän käytännön demonstraatioissa. Kaikki muut paitsi St. Leon ovat Skandinaviasta tavattavia pikasavia. St. Leon on kanadalainen pikasavi. Kuivan maaperän vesipitoisuus painoprosenteissa 35 ja savien suolapitoisuus, silloin kun se tiedetään, esitetään taulukossa. Siinä esitetään myös epäorgaaninen hiilipitoisuus ja raekokojakautuma painoprosentteina hiekkaa, hiesua ja savea.

74724

Kuvio 2 esittää tuloksia, jotka on saatu demonstraatioista, joissa on osoitettu alumiinihydroksidin vaikutus saviin. Erityisesti kuvio 2 esittää savien kuivaa-mattoman leikkauslujuuden (kPa) ja saveen sekoitetun alu-5 miinihydroksidin pitoisuuden suhdetta, jälkimmäisen ol lessa painoprosentteina saven huokosvedestä. Emmerstad-, Torrekulla- ja Elligsrud-savet osoittivat suhteellisen hyväää lujuutta suhteellisen suurilla alumiinihydroksidin pitoisuuksilla. Kuitenkaan edes suurilla alumiinihydrok-10 sidin pitoisuuksilla ei St. Leon- ja Hönefoss-savilla esiintynyt leikkauslujuuden kasvua.

Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaadaan savien leikkauslujuuden paraneminen.

Kuviot 3-5 esittävät tuloksia demonstraatioista, 15 jotka suoritettiin savilla ja alumiinihydroksidilla, johon oli yhdistetty selluloosapolymeeria. Erityisesti kuviot 3-5 esittävät tuloksia leikkauslujuuksista eri savilla, kun niihin sekoitettiin alumiinihydroksidia ja 3 eri määrää karboksimetyyliselluloosaa, jota myydään ni-20 mellä "TYLOSE". Tätä karboksimetyyliselluloosaa saadaan yhtiöltä Hoechst Aktiengesellschaft, Frankfurt am Main, Länsi-Saksa.

Kuten kuvioita 3-5 tarkasteltaessa ilmenee, polymeerin lisääminen alumiinihydroksidiin parantaa te-25 hokkaasti seoksella käsiteltyjen savien leikkauslujuutta. Parannus on erityisen huomattava Hönefoss- ja St. Leon-savien kohdalla, joihin pelkkä hydroksialumiini ei vaikuttanut.

Keksinnön mukaisen menetelmän mukaisesti stabi-30 loitavan saven näytteisiin sekoitetaan alumiinihydroksidin ja polymeerin eri seoksia ja määriä optimiseoksen määrittämiseksi kullekin savelle. Kun kemikaalien tehokas seos ja määrä on saatu selville, niitä sekoitetaan stabiloitavaan pikasaveen.

35 Edellä olevasta kuvauksesta ilmenee, että keksin nön mukaisesti on saatu aikaan tehokas menetelmä pikasa-ven stabiloimiseksi sekoittamalla saveen kuivaa alumiinihydroksidia ja selluloosapolymeeriä. Vaikka vain tämän 74724 keksinnön mukaisen menetelmän erikoistoteutusmuotoja on kuvattu yksityiskohtaisesti, keksintö ei rajoitu niihin, vaan sen on tarkoitettu sisältävän kaikki toteutusmuodot, jotka kuuluvat patenttivaatimusten suojapiiriin.

Claims (7)

74724

1. Menetelmä savimaan stabiloimiseksi, jolla on suuri vesipitoisuus, sekoittamalla savimaahan tehokas 5 määrä kuivaa alumiinihydroksidia Al(OH)nX^_n, jossa luvulla n on arvo vähintään 2,0, edullisesti 2,5 - 2,7, ja X on anioni, joka on valittu ryhmästä kloridi, bromidi, jodidi, nitraatti, sulfaatti ja asetaatti, tunnet-t u siitä, että alumiinihydroksidiin lisätään tehokas 10 määrä selluloosapolymeeriä veden deaktivoimiseksi, jolloin vesi ei pysty tekemään savimaata juoksevaksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että selluloosapolymeeri on hydr-oksimetyyliselluloosa tai hydroksietyyliselluloosa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saveen sekoitettu alumiinihydroksidin määrä on vähintään 5 paino-% ja selluloosapo-lymeerin määrä on vähintään 1 paino-% saven huokosvedestä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että polymeeri on karboksiloitu selluloosapolymeeri.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeri on karboksimetyy-liselluloosapolymeeri.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saveen sekoitetun alumiinihydroksidin määrä on n. 5 - 70 paino-% ja karboksimetyyli-selluloosan määrä on n. 1 - 20 paino-% saven huokosvedestä .

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saveen sekoitetun alumiinihydroksidin määrä on n. 10 - 40 paino-% ja karboksimetyy-liselluloosan määrä on n. 5 - 16 paino-%.